基于灰度共生矩阵的非平面表面粗糙度的图像纹理研究

采用灰度共生矩阵对不同加工工艺形成的非平面工件表面粗糙度进行了研究。讨论了灰度共生矩阵中二阶矩、对比度、相关值，熵等与图像纹理特性的关系，构建了实验装置，并利用Matlab软件对采集的激光散斑图像进行了处理，得到了共生矩阵的4个特征参数随表面粗糙度的变化曲线。为研究非平面工件的粗糙度，提供了一种新的技术途径。     

基于灰度共生矩阵的表面粗糙度研究

介绍了激光散斑的形成及其统计性质,拍摄大量不同加工工艺、不同表面粗糙度标准样块的散斑图像,基于激光散斑图像的灰度共生矩阵及惯性矩、角二阶矩、熵、相关性4个参量,对图像进行了纹理分析.分别绘制了不同加工工艺、不同表面粗糙度标准样块的4个参量与表面粗糙度关系的特性曲线.最后将实验结果和未知表面粗糙度工件的实验数据进行比对,准确估算出了工件的表面粗糙度.     

基于机器视觉的表面粗糙度测量与三维评定

表面粗糙度的测量与评定一直是机械行业的重要课题。提出了一种基于机器视觉检测工件表面粗糙度的方法。首先利用显微镜获取端铣、刨、车不同等级下工件表面的序列图像,采用方差聚焦测度算子对序列图像中的每一个点进行高度计算;然后再利用高斯插值法计算出微观物体表面的准确高度,重构其表面微观形貌;最后计算出各个工件表面的三维粗糙度。通过对实验数据的分析和讨论,可以确定出表面均方根偏差Sq、表面偏斜度Ssk和表面峰密度Sds这三个参数,它们是常用地对工件表面粗糙度进行评价的可靠参数,可为以后三维粗糙度体系的科学建立提供依据。     

基于改进U-net的金属工件表面缺陷图像分割方法

针对金属工件表面小尺寸缺陷及受非均匀光照影响的图像缺陷难以分割的问题,提出了一种改进的U-net语义分割网络,实现金属工件表面缺陷图像的精确分割。首先,在U-net网络中融入CBAM(convolutional block attention module)模块来提升图像中缺陷目标的显著度;其次,采用深度超参数化卷积DO-Conv(depthwise over-parameterized convolutional)代替网络中部分传统卷积,增加网络可学习的参数数量;然后,采用Leaky Relu函数代替网络中部分Relu函数,提高模型对负区间的特征提取能力;最后,采用中值滤波及非均匀光照的补偿方法进行图像预处理,减弱非均匀光照对金属工件图像表面缺陷的影响。结果表明:改进后的网络平均交并比、准确率和Dice系数指标分别达到0.833 5、0.933 2、0.867 4,改进的网络显著提升了对金属工件表面缺陷图像的分割效果。     

抛喷丸表面的多波长散斑自相关法粗糙度测量

粗糙表面产生的多波长远场散斑图案的散斑延长现象可以用来进行表面粗糙度测量。以抛喷丸表面为研究对象,具体介绍了多波长散斑自相关表面粗糙度测量方法。根据多波长散斑图案的各向同性径向辐射的特征,提出了适用的数字图像处理方法。探讨了局部自相关函数特征长度的选取、数字图像处理过程中的局部窗口尺寸和散斑图像的饱和曝光比等因素对散斑延长效应的影响。通过拍摄和处理每一样品表面多个位置的多波长远场散斑图像,计算了Ra分别为0.4,0.8,1.6和3.2μm的表面样块的光学粗糙度指标值。结果表明,该光学粗糙度指标能很好反映被测表面的粗糙程度。     

球面光学零件气囊抛光工艺参数优化的研究

针对球面光学零件,采用气囊抛光方法对其进行加工,以正交实验为实验方法,以球面光学零件材料去除率和表面粗糙度为目标,研究了5个主要影响因素(气囊压缩量、气囊转速、内部压力、抛光液浓度和工件曲率半径)对材料去除率和表面粗糙度的影响程度,并根据实验结果优选工艺参数,找出影响材料去除率和表面粗糙度的工艺参数优化组合。以去除率和表面粗糙度为目标工艺参数,在优选后的结果指导下,根据优选后的工艺参数,以控制表面粗糙度为目标,采用离散进动方式抛光球面光学零件,可获得超精密的光滑表面。     

弱散射屏的像面散斑自相关函数特性的实验研究

在对随机弱散射屏进行表面参数的原子力显微镜测量和建立了门积分取样平均的随机光强自相关函数测量系统的基础上,对弱散射屏在严格像面和离焦像面上产生的散斑自相关函数进行了测量。发现在严格像面上,散斑平均颗粒的大小随表面粗糙度增加而减小,且光强自相关函数次极大的相关间隔宽度随粗糙度增加而减小;而次极大的超伏随粗糙度的增大而增大;在离焦像面上,离焦量的增加使光强的自相关函数下降变得平滑,并使极小值点和次极大点变得不明显或者消失。     

射流抛光中抛光液黏度对材料去除函数的影响

抛光液黏度是影响射流抛光(FJP)效果的重要因素,针对硬脆光学元件射流抛光中对抛光液黏度缺乏系统研究的现状,研究了抛光液黏度变化对材料去除函数的影响。建立射流抛光连续相、离散相模型和磨损模型,计算不同黏度下磨粒运动轨迹,分析磨料颗粒撞击速度矢量随黏度的变化规律。配置不同黏度相同质量分数的抛光液,结合BK7工件静态采斑实验研究与塑性磨损理论计算,获得不同黏度下的材料去除函数,分析黏度对去除函数的影响机制,并进一步研究由此引起的工件表面粗糙度变化。结果表明:随着抛光液黏度增大,材料去除函数的去除深度减小、去除形状及去除范围保持不变,这有利于降低工件表面粗糙度。该研究扩展了现有光学元件射流抛光材料去除理论,对实际抛光液黏度调控具有理论指导意义。     

磁流变抛光工艺参数的正交实验分析

对利用自行配制的水基磁流变抛光液和磁流变抛光实验样机进行了以抛光去除效率和表面粗糙度为考核指标的工艺实验。应用正交试验方法分析了磁流变抛光中主要工艺参数(磁场强度、抛光粉浓度、抛光盘的转速、抛光盘与工件间的间隙)对抛光去除效率和表面粗糙度的影响规律,并结合磁流变抛光机理对其进行了分析。根据实验结果对工艺参数进行了优化。     

随机表面散射光场的格林函数法与基尔霍夫近似的比较

从简谐光波满足的亥姆霍兹方程出发，将由格林定理得到的介质分界面上的积分方程转化为以表面上的光波及其导数为未知量的线性方程组，并对其进行数值求解，实现了光场的数值计算. 同时，由透射光场的格林函数积分得出了基尔霍夫近似下光场的表达式. 通过类比推导夫琅和费面上散斑场自相关函数的方法，提出了产生随机表面及其导数的傅里叶变换方法. 在此基础上，对采用基尔霍夫近似进行自仿射分形随机表面的散射光场数值计算的精确程度进行了研究. 发现在随机表面粗糙度比较小时，基尔霍夫近似的精度比较高；在粗糙度相同的情况下，表面的分形 关键词： 格林函数积分 基尔霍夫近似 自仿射分形随机表面     

基于多色散斑延长效应的表面粗糙度测量及影响因素分析

粗糙表面在多波长激光束照射下形成的多色散斑场显示出散斑延长效应,利用此效应可以测量表面粗糙度,并且测量结果在一定条件下不受粗糙表面横向特征的影响。通过模拟计算随机粗糙表面的多色散斑场,以空间平均的多色散斑场局部自相关函数研究了平均散斑延长率〈χ〉对表面轮廓均方根偏差σh的依赖关系,分析了测量系统因素,如入射激光波长组合、成像器件光敏单元尺寸和动态范围对测量结果的影响。结果表明,以空间平均的局部自相关函数代替集平均的散斑自相关函数描述多色散斑延长效应是有效的;为达到一定的粗糙度测量精度,应选择合适的入射激光波长组合和合适的成像器件光敏单元尺寸。     

Analysis of roughness of Cs surfaces via evaluation of the autocorrelation function

At low temperature prepared quench-condensed Cs surfaces are analysed on a nanometer scale via scanning tunneling microscopy. The analysis of surface roughness is presented with the help of the evaluation of their autocorrelation function. In order to extract the correct autocorrelation function we present the requirement regarding the scan resolution of scanning probe microscopy (SPM) images in general. This is supported by a ‘numerical experiment’. Furthermore, we present some methods of deducing higher orders of autocorrelation lengths, which are needed to evaluate SPM images with non-random distribution of roughness amplitudes. These characteristic values of the autocorrelation function could play the key role in further statistical calculations, e.g., on how surface roughness alters the wetting behaviour of liquid helium adsorbed on the cesium surfaces.     

Computation of surface roughness using optical correlation

The laser speckle photography is used to calculate the average surface roughness from the autocorrelation function of the aluminum diffuse objects. The computed results of surface roughness obtained from the profile shapes of the autocorrelation function of the diffuser show good agreement with the results obtained by the stylus profile meter.      

光学薄膜表面复型电子显微照片的计算机处理

用计算机处理薄膜表面复型电子显微照片,得到表面高度轮廓,提出了计算机定标方法,并计算了薄膜表面微结构参量.     

基于激光散斑成像的零件表面粗糙度建模

表面粗糙度是衡量机械表面加工水平的重要参数. 通过构建一套激光散斑成像采集系统, 获取了不同表面加工类型和不同粗糙度值的零件表面激光散斑图像. 应用Tamura纹理特征理论提取图像的纹理粗糙度、对比度、方向度特征, 并分析了这三个特征与表面粗糙度的关系. 发现了纹理粗糙度特征与表面粗糙度的单调关系, 推导出平磨、外磨、研磨三种表面加工工艺的粗糙度值与图像纹理粗糙度特征的数学函数关系, 实现了表面粗糙度的测量. 同时, 利用Tamura纹理特征与加工工艺的依赖关系, 建立了基于贝叶斯网络的工艺识别推理模型, 推理出了零件表面加工工艺. 通过为多种加工类型表面建立粗糙度测量模型, 为粗糙度测量提供了新思路. 实验证明所提的粗糙度测量模型能以较高的准确率识别出零件表面加工类型并测量出其表面粗糙度值.     

Roughness of pigment coatings and its influence on gloss

A robust method is used for analyzing roughness at a wide range of lateral length scales. The method is based on two-point correlation where both the amplitude and lateral spacing of surface heights are considered when determining the roughness. Atomic force microcopy and confocal optical microscopy images were captured for a set of pigment-coated samples. The effects of sampling interval, image size and filtering on surface roughness were studied. Isotropy and periodicity of roughness were determined by analyzing the angular distribution of the correlation length (T) and the autocorrelation function (ACF). A clear dependence of root mean square (RMS) roughness (σ) on T was established for randomly distributed surfaces. By taking into account the σ-T dependence it was possible to obtain σ for various length scales for each sample and thus attaining the most relevant σ for a certain surface function, which in this study was specular reflection of light (gloss). The roughness analysis showed that a small amount of DPP coating was sufficient to completely cover and change the surface of the substrate, while kaolin coatings gave a different response.     

The autocorrelation of speckles in deep Fresnel diffraction region and characterizations of random self-affine fractal surfaces

This paper studies the correlation properties of the speckles in the deep Fresnel diffraction region produced by the scattering of rough self-affine fractal surfaces. The autocorrelation function of the speckle intensities is formulated by the combination of the light scattering theory of Kirchhoff approximation and the principles of speckle statistics. We propose a method for extracting the three surface parameters, i.e. the roughness w, the lateral correlation length ξ and the roughness exponent α, from the autocorrelation functions of speckles. This method is verified by simulating the speckle intensities and calculating the speckle autocorrelation function. We also find the phenomenon that for rough surfaces with α= 1, the structure of the speckles resembles that of the surface heights, which results from the effect of the peak and the valley parts of the surface, acting as micro-lenses converging and diverging the light waves.     

基于光切法的表面粗糙度检测的图像处理研究

介绍了表面粗糙度的检测方法，阐述了利用视频化改造后的9J型光切显微镜，基于光切法的表面粗糙度检测的数字图像处理方法，利用Canny算子进行边缘检测和保持连通的边缘细化算法进行细化处理，得到了较为理想的表面粗糙度轮廓曲线，为后续的表面粗糙度参数的计算奠定了基础。     

Size-dependent reactivity of aluminum cluster cations toward water molecules

Using the autocorrelation of speckles in the deep Fresnel region is a novel approach to measuring surface parameters of a rough surface. In this letter, we construct a scanning system using a fibre-optic probe for detecting the speckle field with excellent resolution. By relating the autocorrelation function of the speckle intensity and the surface height with the Kirchhoff approximation theory, we realise the measurement of the surface parameters. Three parameters, i.e. the roughness w, the lateral correlation length ξ and roughness exponent α are extracted. We measure two sample surfaces in the experiment, and the results are consistent with those measured by atomic force microscope (AFM).